黄昆先生的教学风格

陈金富

在北京大学创办“五校联合半导体专门化”是培养半导体学科人才史上的创举．1956年，当时的高等教育部根据我国《1956～1967年科学技术发展远景规划》迅速培养科技人才的需要，决定创办“五校（北京大学、复旦大学、南京大学、东北人民大学和厦门大学）联合半导体专门化”，由“五校”分别派出一些教师和实验员参加联合半导体教研室．黄昆教授和谢希德受命分别任半导体教研室主任和副主任．“五校”学生先后学习了传统的物理系基础课和“固体物理”，还攻读了“半导体物理”等多门专业课．经过一年（四年制）或两年（五年制）的培养后，学生总体上优秀，毕业后分配到有关部门，逐渐成为发展我国半导体学科的骨干力量，不少学生还成为高校、研究所、工厂和管理部门中的出色领导．1957年暑假，半导体专门化四年制的98名学生毕业，这是“联合半导体专门化”的首届毕业生．当时，国防科工委、科研院所、重点工业部门和有关高校都非常渴望能拿到毕业生分配指标．我曾有幸在黄昆教授直接指导下，具体负责这些学生的毕业分配工作，这次毕业分配按黄昆教授对人才布局的考虑具体实施：首先，重点保证“五校”各自拟留校的毕业生将来返回原校筹建半导体专门化的重任；其次，中国科学院、国防科工委和重点工业部门属重点保证单位．这年暑期，我每天按时上班，亲身经历并见证了“联合半导体专门化”的学生备受社会各界欢迎的情况，也见证了当时对学生确定的培养目标的远见．

因为“五校”的教师担负着“五校联合半导体专门化”结束后返回原校筹建半导体专门化的重任，他们是培养人才的基础，所以在联合半导体教研室建立之初，就对这些教师的工作安排和培养提出明确的目标并采取有力的措施．黄昆教授在首次教研室会议上部署，年轻教师，包括并不年轻的黄振邦、刘士毅和吴伯僖在内，负责筹建半导体专门化实验室，每人筹建一个实验，开学前一个月内完成，并写成实验讲义，开学后指导学生做实验．筹建实验室期间，中国科学院应用物理研究所洪朝生教授兼职担任指导，北大校方将“联合半导体专门化”办学列为“重中之重”，校金工厂、物理系供应室确保元器件加工和原材料供应；授课方面则由黄昆和谢希德合作讲授“半导体物理”，陈志全备课“晶体管原理”，各项工作紧张而有序地进行．这样，实验室得以按期筹建完成．课程讲授和实验课程步上正轨后不久，黄昆教授随即部署教研室的科研工作．青年教师除指导实验和听课外，还被要求参加教研室统一安排的科研课题研究，如半导体基本性质、电致发光，以及参加由苏联专家桑杜洛娃指导的“建立放射性同位素在半导体中杂质扩散规律”的实验室等多个课题的研究．黄昆和谢希德还为青年教师主讲学科专题报告，并分别主持电子—晶格相互作用与能带理论研究．后来的实践表明，对“五校”教师有力的培养措施确保了这些教师日后成为发展我国半导体学科的骨干．

两年的联合办学，系统培养了240多名半导体专门化毕业生．“联合半导体专门化”结束后，“五校”各自筹建半导体专门化或专业，半导体学科的教育事业增速发展．黄昆、谢希德领导我们创办“五校联合半导体专门化”为我国发展半导体事业立下了丰功伟绩．

领悟黄昆教授的教学风格

在北大的两年，我首先接受了在洪朝生教授指导下独立筹建实验项目的训练．这是从事实验课题研究、筹建实验设备的一种训练，我从中受益很大．

在这两年中我最大的收获是，在听黄昆教授授课过程中领悟到黄昆教授的教学风格．这一风格是黄昆教授的治学精神在教学上的体现，授课过程中体现了他独特的学术风格、思维习惯、治学精神和方法．从某种意义上看，黄昆教授琢磨教学、研究教学内容、探讨最佳教学方法，是他过去从事的科学研究的继续和拓展，用黄昆教授的自叙来表述，是他把教学和教材建设的过程看做是借助他“在研究工作的经验，将其作为获取科研成果对待，潜心研究，臻于完美”．黄昆教授的教学风格像磁石般吸引了我，成为我后来治学从教的楷模．这里，我从四个方面谈谈我对黄昆教授教学风格的领悟，以此纪念一代宗师、科学泰斗黄昆院士．

1．全身心投入教学，致力于教学实现自身价值的敬业精神，是黄昆教授教学思想的基础

黄昆教授于1951年回国受聘北大任教，从32岁到58岁期间都致力于教学工作．他讲授的第一门课程是本科生的入门课程、物理学科的重点基础课“普通物理”，之后讲授“半导体物理”和“固体物理”．作为一位在国外留学、从事科学研究，并在固体物理学科领域具有精湛造诣的学术大师，回国后毅然担任基础课的讲授，当时已经有一些人表示不解，在当前的高校也是闻所未闻．黄昆教授回国后应聘任教，固然是适应当时我国高等教育事业客观形势发展，服从国家大局、为国效力的壮举，但仅停留在这一认识层次上是不够的．黄昆教授认为，借助自己的学科优势和科研工作的经验致力于教学，全身心钻研教学内容，悉心探索最好的教学方法，并且把编写、出版教材作为获取科研成果来对待，同样能在教学领域发挥聪明才智，增长才干，实现人生价值．实践表明，黄昆教授当年讲授“普通物理”的卓越教学效果是众所周知的，也培养了后来担任该门课程讲授的知名教授（如丛树桐、李椿等）．后来，黄昆教授又对当年讲授另外两门课程使用的教材加工整理，出版了《半导体物理学》和《固体物理学》两本经典著作．只有具备黄昆教授那样治学从教的敬业精神，才能在教学开展和教材写作上取得那样丰硕的成果．在今天高校面临的形势下，弘扬黄昆教授对待教学的这种敬业精神，具有重大的现实意义．

2．借助科学研究的经验，潜心研究教学内容，悉心探索最好的教学方法，形成独具风格的教学方式

我特别推崇、赞誉黄昆教授在教学上体现的下列独特风格：

（1）严谨、清晰地阐述物理概念和物理模型．

物理概念和物理模型是物理教学中的关键性科学语言，是物理学家进行科学思维、表达其物理思想和表述客观规律的工具，是培养学生创造性思维与独立工作的基础．衡量课程教学质量的标准之一就是能否严谨、清晰地阐述物理概念和物理模型．黄昆教授具有最善于驾驭这方面的能力．例如以讲授布喇菲^①（Bravis）点阵学说为例，当年黄昆教授不采用从讲授初学者难于理解的、抽象的布喇菲点阵学说入手介绍晶格几何的系列概念，而是选用容易理解的实体图像（多个等径圆圈紧密堆积成的“基元”在二维空间规则排列成的周期性结构图）定性表示晶体的周期性结构．选择基元中任意一点A作为参考点，则在二维空间图像中的每个基元上都可以找到一系列与A点环境完全等同的点子．这组无限多的等同点系就构成一个二维点阵，改变参考点的选取，所得到的点阵都是相同的．从点阵出发就可以引申出布喇菲点阵、阵点、基矢、格矢、原胞、晶列、晶面等概念，然后由二维点阵扩展到三维点阵．黄昆教授的这种教材组织方法所遵循的教学过程是从实体图像到抽象（等同点系），最后提炼出抽象的科学概念（晶体几何的系列概念）．这种选取教材的方法既保持科学严谨性，又能清晰阐述物理概念、化解教材难点的讲授，教学效果好．

黄昆教授还擅长借助物理概念和模型，尽可能不用复杂的数学工具（避免用繁长的数学推演而掩盖对物理本质的阐述）阐述课程中某些重要内容．例如，不用复杂的化学链理论介绍晶体结合的基本结合形式．当时黄昆教授用元素的“电负性”（化合物分子中的组成原子把电子吸引向自己的本领）概念阐述元素和化合物晶体结合的规律．

（2）教学过程中，培养学生提炼科学模型的思维能力．

擅长科学模型的构思，培养学生提炼科学模型的思维能力，是黄昆教授治学从教风格的突出体现，在教学中，黄昆教授经常借用启迪形象思维的教学方法培养学生的思维能力．例如在讲授晶格振动这一难点时，黄昆教授先抽象出可不必考虑边界上原子与内部原子差异的无限长的一维原子链（这是为研究对象规定的概念），阵列上的原子以电磁作用相互联系，其耦合方式导致阵列上原子具有特定的集体运动形式．对这种复杂的集体运动，又抽象出只考虑原子间近邻相互作用，略去次近邻作用；而原子间的近邻相互作用力，又只考虑类似弹簧振子的简谐作用力，略去非简谐作用力（这是已知的形象化模型）．根据以上假设提炼出一维阵列上的原子在简谐作用力下绕其平衡位置做微振动的科学模型，这种振动形成各种模式的格波．在此基础上再讨论双原子链的振动，然后推到三维晶格振动，并简述与非简谐作用有关的若干问题．这种组织教材的方法使初学者可以在原有知识基础上学习复杂的教学内容．更为重要的是教会学生提炼科学模型的方法．

培养科学思维能力时处理好物理模型与数学模型的融洽关系，是黄昆教学风格的另一特色．理论教学中，黄昆教授不但擅长为研究对象构思物理模型和相应的数学模型（参照物理模型引入描述系统属性的参数，建立诸参数间的关系，推算结果，预测和评述结果），还重视将数学模型回归到物理模型，对概念和模型做必要的复述．这一复述深化了对物理实质的认识，也体现了教师的素质．

我举听课中印象深刻的一个例子：在讲授热激发（如施主、受主的热激发，基于晶体中热涨落现象产生的点缺陷的热激发）时含有一个获得大于u的能量涨落几率的表达式exp（－u/k_BT）（对不同的问题u代表诸如施主、受主激活能，点缺陷的激活能等）．在讨论与点缺陷运动（跨越势垒过程）有关的自扩散问题时，扩散系数D的表达式含有一个exp［－（u＋E）/k_BT］的指数因子．指数表达式中的k_BT体现出过程的热激发本质；u较小时点缺陷浓度大，扩散原子附近出现点缺陷的几率大，有利于扩散的进行；E是扩散原子与其邻近的缺陷交换位置时所必须跨越的势垒高度，E较小时点缺陷运动快，它容易移近扩散原子并与其交换位置，完成一次布朗行程，因此当u＋E小时D数值较大．这种将数学模型复归到物理模型进行必要的复述，是黄昆教授经常传授的分析方法．

（3）臻于至善的教学效果．

我想举两个例子记述黄昆教授炉火纯青的教学效果：

其一，黄昆授课非常娴熟，从不按稿平铺直叙，而是随着课程内容层次的深入不断提出问题，介绍描述对象的物理概念、参数，提炼物理模型，再对模型进行数学分析．如此不断提出问题、解决问题，使课程讲解逐层深入．听课师生则聚精会神地跟随教师讲授的思路领悟、思索，在理解的基础上记忆、消化．听黄昆教授这样的讲课其实是一种探索知识的享受．当年听黄昆教授讲授“半导体物理”和“固体物理”在全国是首次，听课的师生中除“五校联合半导体专门化”的师生外，还有清华大学进修生，更有乘早班火车从天津赶往北大听课的南开大学部分师生，可谓盛况空前，无与伦比．

其二，听课师生课堂上基本理解、记住教学内容，是黄昆教授教学效果的另一例证．当年在没有任何现成教材可供预习、参考的“空白”背景下，仅依靠听课和笔记就能记住、理解授课内容，特别是领悟其教学风格，足以显示黄昆教授卓越的教学效果．

3．著书过程中的治学精神，教材建设的丰功伟绩

黄昆教授将编书过程作为获取科研成果来对待，潜心研究，臻于完美．当年他与谢希德教授合著的《半导体物理学》一书于1958年正式出版，书中大部分章节由黄昆教授亲自执笔撰写，最后由他统一定稿．这本著作是国内半导体学科第一本专著，在国际上也是一本优秀著作．黄昆教授编著的《固体物理学》一书在出版后的相当长时期内同样是一本标准用书，无需改版．1977年黄昆教授调中国科学院出任半导体研究所所长，自教学岗位转至科研岗位，肩负领导科研并组织全所半导体物理研究的重任．在当时形势下，黄昆教授无暇为《固体物理学》撰写增订版，这一任务后来由黄昆教授的学生韩汝琦教授完成．我在《教材通讯》上发表的《教材内容更新的又一途径》一文，向国内外固体物理领域内的读者推荐韩汝琦教授在黄昆教授指导下改写黄昆教授原著的《固体物理学》这部著作的情况，有兴趣的读者可参阅．

实践、弘扬黄昆教授的教学风格

北大“五校联合半导体专门化”结束后，我返回厦门大学，参与筹建厦大物理系半导体专门化，担任“半导体物理”和“固体物理”课程讲授，在教学实践中进一步领悟黄昆教授教学风格．历经坎坷后，1976年时年48岁的我返回专业继续从事上述两门课程的讲授．自此至退休前夕在长达17年的教学生涯中，我努力全面深入地实践、弘扬黄昆教授的教学风格，全身心投入教学，致力于通过教学实现自我价值，开展教学研究，包括编写配套教材，对多年的教学实践进行理论总结，开展固体物理教材教法研究，如固体物理教材难点内容的研究、固体物理教学法资料研究、教学研究的拓展，撰写教学研究论文等．其中《固体物理学学习参考书》于1986年8月由高等教育出版社出版，这本书是高等学校理科物理学教材编审委员会固体物理编审小组和高等教育出版社组织编写的一套固体物理学科的教学参考书之一．应该着重提及的是，我编写这本教材的准备阶段就得到黄昆教授的支持．1985年5月8日我写信给黄昆教授，告诉他我根据多年从事固体物理、固体理论的教学经验，参考国外某些富有启发性的图表、资料，针对课程内容和教学上的难点编写了一本《固体物理学学习参考书》，经教育部固体物理编审小组的认可列入了人民教育出版社的出版规划．书中采用人教社规定的以《英汉物理学词汇》为主要参考；我采用现有中文教材中使用的名词，例如晶格、格子、正格子、倒格子、正格子基矢、倒格子基矢、原胞、晶胞、倒格子原胞、倒格矢等称呼，而不拟采用倒易矢、倒易空间等称呼．出版社考虑到这些名词尚有争议，建议我写信向几位老前辈请教．为此我请老前辈在繁忙中抽暇对随信附表所列名词提出指导性建议（只需打“√”以节省时间）．我写信给多位老教授请教．黄昆教授收到信后第一个给我复函，用打“√”形式发表他的建议．他的建议和我原先的想法完全一致，他的复信和建议对我写好书稿是极大的支持与鼓励．事隔二十余年，我只找到当年用复写纸写的信稿，信稿的附页（附页详列有争议的名词一览表以及国内已出版的读物中对这些名词的称呼）已遗失．

黄昆教授虽然离我们而去了，但他的精神仍然在指导着我们的教学工作，我们会永远怀念他．

作者简介

陈金富，厦门大学物理系教授．1952年毕业于同济大学物理系，分配到厦门大学物理系任教．1956年8月至1958年参加“五校联合半导体专门化”工作．随后同年8月返回厦门大学参加筹建厦大半导体专业，并长期讲授“半导体物理学”和“固体物理学”课程．曾任高等学校理科物理教材编审委员会固体物理编审组固体物理教材研究小组副组长．曾参编《固体物理学大辞典》，撰写《固体物理学学习参考书》，发表论文30余篇．

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注释

①　根据全国自然科学名词审定委员会公布的《物理学名词》（1996），现译为“布拉维”．